یک مادربورد چگونه کار می‌کند؟

یکی از سخت‌افزارهای مهم داخل یک کیس کامپیوتر که سایر قطعات را به هم متصل کرده و همچنین انرژی لازمه آن‌ها را به‌صورت غیرمستقیم تأمین می‌کند، مادربورد نام دارد. در ادامه 5 عامل مهم در مادربوردها را بررسی می‌کنیم.

فرم فاکتور

شکل و چیدمان یک مادربورد را فرم فاکتور (form factor) می‌نامند. فرم فاکتور تعیین کننده محل قرارگیری قطعات و همچنین شکل و شمایل یک کیس است. استانداردهای دیگر به شرح زیر هستند:

• سوکت ریزپردازنده: تعیین می‌کند که چه نوعی از واحد پردازنده مرکزی (CPU) در یک مادربورد قابل‌ استفاده است.
• چیپست: یکی از اجزاهای سیستم منطقی رایانه بوده و معمولا از دو قسمت تشکیل می‌شود: پل شمالی (northbridge) و پل جنوبی (southbridge). این دو پل، پردازنده مرکزی را به سایر قطعات متصل می‌کنند. البته در مادربوردهای جدید، چیپست به‌صورت یکپارچه درنظر گرفته می‌شود.
• تراشه سیستم پایه‌ای ورودی و خروجی (BIOS): این قطعه عملکردهای اساسی یک رایانه را کنترل کرده و هر بار که شما رایانه خود را روشن می‌کنید، یک خودآزمایی انجام می‌‌دهد. برخی از مادربوردها، BIOS دوگانه دارند. در یکی از آن‌ها نسخه پشتیبان ذخیره می‌شود تا در صورت بروز مشکلات و یا ایجاد خطاهایی در هنگام به‌روزرسانی، از نسخه پشتیبان استفاده شود.
• تراشه ساعت واقعی (real time clock chip): یک تراشه مبتنی بر باتری بوده که تنظیمات اساسی و زمان رایانه را نگهداری می‌کند.

شکاف‌ها و درگاه‌هایی که در مادربوردها یافت می‌شوند:

• اتصال قطعات جانبی (PCI): محل قرارگیری کارت صدا، گرافیک، کارت ضبط فیلم و همچنین کارت شبکه است.
• درگاه گرافیکی تسریع‌شده (AGP): درگاه اختصاصی کارت گرافیک است.
• درایو الکترونیک یکپارچه (IDE): محل اتصال هارددیسک‌ها است.
• گذرگاه ترتیبی جهانی (USB) و FireWire: محل اتصال لوازم جانبی.
• شکاف حافظه رم: محل قرارگیری رم است.

برخی از مادربوردهای دیگر نیز از فناوری‌های پیشرفته‌تری استفاده می‌کنند:

• آرایه اضافی دیسک‌های مستقل (RAID): کنترلری که به رایانه امکان می‌دهد تا حافظه‌های ذخیره‌سازی مختلف را به‌صورت یکپارچه شناسایی کند.
• PCI Express: پروتکلی جدید است که بیشتر شبیه به یک شبکه کار می‌کند تا یک گذرگاه. این شکاف نیاز به سایر درگاه‌ها همانند AGP را برطرف می‌سازد.

سوکت‌ها و پردازنده‌ها

در اولین روزهای رایانه‌های شخصی، تمامی پردازنده‌ها از پایه‌هایی استفاده می‌کردند که آرایه توری پایه‌ها (PGA) نامیده می‌شد و پردازنده مرکزی را به مادربورد متصل می‌کرد. تمامی پردازنده‌های آن زمان با آرایه‌ای به نام Socket 7 سازگار بودند.

امروزه شرکت‌های اینتل و AMD از سوکت‌های PGA مختلفی استفاده می‌کنند که البته هیچ‌کدام از آن‌ها، Socket 7 را شامل نمی‌شود. هرچقدر که ریزپردازنده‌ها پیشرفت کنند، به پایه‌های بیشتری احتیاج خواهند داشت؛ تا هم قابلیت‌های جدیدتر را مدیریت کرده و هم انرژی بیشتری را دریافت کنند.

جدیدترین پردازنده‌های شرکت اینتل از PGA استفاده نمی‌کنند. این پردازنده‌ها از استاندارد LGA که به Socket T نیز شناخته می‌شود، استفاده می‌کنند. LGA به معنای آرایه شبکه‌ای زمینی است. LGA از این لحاظ با PGA متفاوت است که در آن پایه‌ها به‌جای پردازنده، بر روی خود سوکت قرار داده می‌شوند (برعکس PGA).

چیپست‌

این تراشه ریزپردازنده را به مابقی قطعات مادربورد متصل می‌کند. این قطعه در مادربوردهای قدیمی از دو قسمت پل شمالی و جنوبی تشکیل می‌شود اما در مادربوردهای جدید، فقط یک قسمت دارد. پل شمالی از طریق گذرگاه جلویی (FSB) مستقیما به پردازنده متصل می‌شود. کنترلر حافظه رم بر روی پل شمالی قرار داده شده تا بدین شیوه پردازنده مرکزی به‌سرعت به حافظه رم دسترسی داشته باشد. پل شمالی به AGP، گذرگاه PCI Express و همچنین خود حافظه رم دسترسی دارد.

پل جنوبی سرعت کمتری نسبت به پل شمالی دارد. اطلاعات پردازنده ابتدا باید از پل شمالی عبور کرده و سپس به پل جنوبی برسند. سایر گذرگاه‌های دیگر نیز پل جنوبی را به گذرگاه PCI، درگاه‌های USB ،IDE و همچنین اتصالات SATA متصل می‌کنند. تولیدکنندگان سعی دارند تا عملکرد چیپست‌ها را بر اساس پردازنده‌های خاصی بهینه‌سازی کنند.

گذرگاه‌

سرعت گذرگاه:

گذرگاه (bus) جریانی (محیطی) است که اجزای مختلف یک مادربورد را به یکدیگر متصل می‌کند. هرچقدر میزان اطلاعات قابل‌حمل در یک زمان توسط گذرگاه بیشتر باشند، اطلاعات نیز با سرعت بیشتری جابه‌جا خواهند شد. سرعت یک گذرگاه بر اساس واحد مگاهرتز (MHz) سنجیده می‌شود. این میزان بدین معنا است که چه مقدار داده به‌صورت همزمان می‌توانند از طریق یک گذرگاه عبور کنند.

سرعت یک گذرگاه عموما به سرعت FSB اشاره می‌کند؛ یعنی سرعت مابین پردازنده مرکزی و پل شمالی. سرعت FSB می‌تواند از 66 الی 800 مگاهرتز متغیر باشد. ازآنجایی‌که پردازنده مرکزی از طریق پل شمالی به کنترلر رم متصل می‌شود، سرعت FSB می‌تواند به‌ طرز چشمگیری سرعت رایانه را افزایش دهد.

در زیر به برخی از گذرگاه‌های موجود بر روی مادربوردها اشاره می‌کنیم:

• گذرگاه قسمت جنوبی (back side bus): این گذرگاه پردازنده را به سطح دوم حافظه کش متصل می‌کند. پردازنده، سرعت این گذرگاه را تعیین می‌کند.
• گذرگاه حافظه ( memory bus): پل شمالی را به حافظه رم متصل می‌کند.
• IDE یا ATA: پل جنوبی را به حافظه‌های ذخیره‌سازی (هارددیسک) متصل می‌کند.
• AGP: کارت گرافیک را به حافظه رم و همچنین پردازنده مرکزی متصل می‌کند. سرعت گذرگاه AGP معمولا 66 مگاهرتز است.
• PCI: شکاف PCI را به پل جنوبی متصل می‌کند. در بسیاری از مادربوردها سرعت این شکاف، 33 مگاهرتز است. نمونه مشابه این گذرگاه، PCI Express است. PCI Express بسیار سریع‌تر از PCI است. انتظار می‌رود که PCI Express جایگزین گذرگاه‌های PCI و AGP شود. سرعت بیشتر گذرگاه نمی‌تواند کندی پردازنده و یا چیپست را جبران کند.

حافظه رم و سایر قابلیت‌ها:

سرعت حافظه رم می‌تواند سرعت دسترسی یک رایانه به اطلاعات و ساختارها را تحت تأثیر قرار دهد. میزان حافظه رم، حجم داده‌های در دسترس را نشان می‌دهد. مسلما هرچقدر حافظه رم بیشتر باشد، عملکرد نیز بهتر خواهد بود.

اکثر رم‌های امروزی از سیستم نرخ داده دوگانه (DDR) بهره می‌برند. این به معنای انتقال دو برابری داده‌ها به ازای هر چرخه انتقال بوده که همین موضوع باعث سریع‌تر شدن حافظه رم می‌شود. اکثر مادربوردها چندین شکاف توسعه رم داشته و همچنین اغلب آن‌ها به‌جای یک گذرگاه تکی، از طریق یک گذرگاه دوگانه به پل شمالی متصل می‌شوند. این مهم، سرعت دسترسی پردازنده مرکزی به داده‌های رم را بیشتر افزایش می‌دهد. نوع رم انتخابی باید متناظر با نوع شکاف مادربورد باشد؛ یعنی باید فناوری و همچنین تعداد پایه‌های این دو باهم همخوانی داشته باشد.